Życie poza wyciekiem dla satelity ESA CryoSat
W dniu 21 listopada 2023 r. satelita ESA CryoSat przeszedł na zapasowy system napędowy po tym, jak wyciek paliwa groził zakończeniem misji w 2025 roku. Zamiana ta może potencjalnie wydłużyć żywotność satelity nawet o 5 do 10 lat. Ale zapasowe silniki napędowe nigdy wcześniej nie były używane. Gdyby coś je uszkodziło podczas 13 lat pobytu CryoSat na orbicie, istniała niewielka szansa, że misja dobiegłaby natychmiastowego końca po zamianie. CryoSat to satelita ESA przeznaczony do pomiaru grubości polarnego lodu morskiego i monitorowania zmian w pokrywach lodowych pokrywających Grenlandię i Antarktydę. Misja została zaprojektowana na około 5 lat. Obecnie satelita spędził na orbicie ponad 13 lat. "Od 2010 roku CryoSat wykorzystuje swój Syntetyczny Wysokościomierz Radarowy (SAR) do monitorowania lodu lądowego i morskiego w dowolnym miejscu na Ziemi, aby pomóc naukowcom wykazać ważną rolę, jaką lód odgrywa w regulacji klimatu i na którą wpływa globalne ocieplenie" - mówi Tommaso Parrinello, kierownik misji CryoSat. "CryoSat to prezent, który nie przestaje dawać. Jego trzynastoletni zapis klimatu globalnego lodu i poziomu mórz jest niezrównany i oby tak dalej". Najnowsze osiągnięcia misji obejmują pierwszą w historii całoroczną mapę arktycznego lodu morskiego i nasze najdokładniejsze jak dotąd szacunki dotyczące objętości lodu utraconego przez lodowce Ziemi i polarne pokrywy lodowe. Dane te mają kluczowe znaczenie dla raportów klimatycznych i decydentów. Dane CryoSat kształtują również projekt nowych satelitów monitorujących lód, takich jak misja Copernicus Polar Ice and Snow Topography Altimeter (CRISTAL). Aby dokonywać ultraprecyzyjnych pomiarów Ziemi lub kosmosu, większość satelitów przeprowadza regularne manewry w celu utrzymania ich na idealnej orbicie. CryoSat wykorzystuje sprężony azot do manewrowania w przestrzeni kosmicznej. Gaz jest przechowywany pod wysokim ciśnieniem w zbiorniku paliwa i przenoszony przez szereg rur i zaworów do silników odrzutowych. Silniki wypuszczają gaz w przestrzeń kosmiczną, popychając lub obracając satelitę w dowolnym kierunku. Oczekiwano, że zużycie paliwa nie będzie czynnikiem ograniczającym dla CryoSat, ale w 2016 roku operatorzy latający CryoSat w Europejskim Centrum Operacji Kosmicznych ESA (ESOC) w Darmstadt w Niemczech zauważyli, że statek kosmiczny zużywa 37 kilogramów sprężonego azotu znacznie szybciej niż oczekiwano. W listopadzie 2023 r. CryoSatowi pozostało 13 kg paliwa - o 13 kg mniej niż powinien, biorąc pod uwagę wykorzystanie silników manewrowych do manewrów utrzymania orbity i kontroli położenia. Gdy zbiornik paliwa spadnie poniżej 5 kg, satelita nie będzie już w stanie niezawodnie kontrolować kierunku, w którym zmierza, ani utrzymywać orbity. Azotowy materiał pędny satelity CryoSat jest przechowywany w zbiorniku paliwa pod wysokim ciśnieniem. Regulator ciśnienia przekształca powietrze pod wysokim ciśnieniem w powietrze o znacznie niższym ciśnieniu do wykorzystania przez silniki odrzutowe. Wraz z ekspertami producenta satelity, firmy Airbus, zespół ESA wskazał lokalizację wycieku w jednym z mniejszych silników manewrowych satelity CryoSat. Początkowo wskaźnik wycieku był niewielki, ale wzrósł w ciągu pierwszych kilku lat i osiągnął stabilny poziom, który nadal doprowadziłby misję CryoSat do końca w 2025 roku. Jednym z wyjaśnień może być to, że gdzieś pojawiło się małe pęknięcie i urosło do pewnego rozmiaru przed zatrzymaniem. Trudno jest jednak zdiagnozować tego rodzaju problem z ziemi i nie można tego wiedzieć na pewno. CryoSat posiada dodatkowy, zapasowy system napędowy podłączony do zbiornika paliwa. W dniu 21 listopada, o godzinie 10:45 czasu środkowoeuropejskiego, operatorzy ESOC zainicjowali wymianę na ten zapasowy system, gdy CryoSat przechodził nad stacją Svalbard na wyspie Spitzbergen i stacją ESA Kiruna w Szwecji. Najpierw, pozostawiając główne silniki napędowe podłączone, otworzyli główny zawór zapasowego systemu napędowego po raz pierwszy w ciągu 13 lat pobytu CryoSat w kosmosie. W ESOC w Niemczech inżynierowie operacyjni statku kosmicznego CryoSat i zespół z Airbusa monitorowali ekrany, gdy ciśnienie rosło - zarówno wewnątrz zapasowego układu napędowego na CryoSat, jak i w pokoju kontrolnym na Ziemi. Ciśnienie w zapasowym układzie napędowym ustabilizowało się - wskazując, że nie cierpi on z powodu żadnych poważnych problemów - a komputer pokładowy satelity został poinstruowany, aby użyć zapasowych silników zamiast głównych, z których korzystał od czasu startu. Tuż przed tym, jak CryoSat osiągnął koniec okna komunikacyjnego ze stacjami w Arktyce, główny zawór do głównych silników został zamknięty, aby zatrzymać przepływ gazu przez wyciek. A potem... cisza. CryoSat został pozostawiony sam sobie, lecąc na południe nad Afryką, podłączony i używając po raz pierwszy swoich zapasowych silników. "Zapasowy system CryoSat jest solidny i prawdopodobnie zadziała zgodnie z przeznaczeniem" - mówi kierownik operacyjny statku kosmicznego CryoSat, Jens Lerch. "A jeśli wystąpiłby z nim problem, podczas przełączania lub w dowolnym momencie w przyszłości, satelita jest w stanie autonomicznie przełączyć się z powrotem na swój podstawowy system". "Ale nie mogliśmy być tego pewni. System zapasowy nie był potrzebny przez 13 lat przebywania CryoSat w kosmosie. W tym czasie mogło dojść do podobnego wycieku lub uszkodzenia przez coś w rodzaju mikrometeoroidu - a my nie mieliśmy możliwości przetestowania go wcześniej bez narażania się na takie samo ryzyko, z jakim mieliśmy do czynienia dzisiaj". Na szczęście 25 minut później CryoSat wzniósł się ponad horyzont stacji naziemnej Troll na Antarktydzie w pełni funkcjonalny. Następnego dnia, 22 listopada, zespół kontroli lotu ESA przeprowadził "manewr kontroli orbitalnej" w celu przetestowania dwóch większych silników w systemie zapasowym. Ponieważ podczas manewru ani po nim nie stwierdzono żadnych problemów, zapasowe silniki CryoSat zostały oficjalnie uruchomione, a satelita jest w stanie kontynuować działalność naukową do końca dekady i być może dłużej. Od momentu wystrzelenia, CryoSat miał możliwość przełączenia się na zapasowy system napędowy, jeśli komputer pokładowy wykryłby nagły poważny problem z systemem podstawowym. Reagowanie na powolny wyciek jest jednak trudniejszą decyzją niż reagowanie na szybki wyciek, z którym satelita musi sobie poradzić natychmiast lub nawet autonomicznie. CryoSat zebrał siedem lat bezcennych danych dotyczących mapowania lodu w latach 2016-2023. Gdyby operatorzy natychmiast przełączyli się na zapasowe silniki odrzutowe, a podczas rekonfiguracji wystąpiłby szereg bardzo mało prawdopodobnych problemów, dane te nigdy by nie istniały. Jednak im dłużej zwlekano, tym więcej paliwa wyciekało w przestrzeń kosmiczną i tym mniej dodatkowych lat można było zyskać, dokonując zamiany. 21 listopada 2023 roku został wybrany jako dzień, który równoważył te dwa czynniki. Zamiana na zapasowe silniki CryoSat zakończyła się sukcesem. Ale nie wiemy jeszcze dokładnie, jak bardzo może to wydłużyć misję. Tylko monitorując zapasy paliwa w ciągu najbliższych kilku dni i tygodni, zespół CryoSat będzie wiedział, czy w systemie zapasowym nie występują mniejsze wycieki lub problemy. W najlepszym przypadku operacja ta może okazać się nieoceniona dla rekordów lodu polarnego ludzkości. CryoSat był kluczową częścią tego, co niektórzy nazywają "złotym wiekiem altimetrii satelitarnej". Wśród imponującej floty, jego wysokościomierz radarowy jest wyjątkowy, ponieważ jest w stanie monitorować poziom lodu i wody w każdej części globu. CRISTAL, naturalny następca CryoSat, ma zostać wystrzelony dopiero za kilka lat. Rozszerzenie obserwacji CryoSat wypełniłoby lukę i utrzymało najdłuższy nieprzerwany zapis zmian globalnego lodu, jaki kiedykolwiek mieliśmy. Tymczasem nowatorska współpraca z satelitą NASA ICESat-2 do monitorowania lodu, która łączy orbity ICESat-2 i CryoSat w celu mapowania śniegu na lodzie - istotnej przyczyny niepewności w naszych szacunkach - może jeszcze bardziej poprawić dokładność satelitarnych pomiarów objętości lodu. Odkrycia te będą miały bezpośrednie zastosowanie również do przyszłych misji lodowych, w tym CRISTAL. Dzięki konsekwentnemu ulepszaniu produktów danych CryoSat, które obejmują nie tylko lód morski i lądowy, ale także oceany polarne, przybrzeżne i wody śródlądowe, misja lodowa ESA wciąż ma wiele do zaoferowania.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
